翻轉課堂與小組合作學習帶給物理實驗教學的新活力——以“力的分解”為例

劉 玲

（復旦大學附屬中學，上海200433）

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翻轉課堂與小組合作學習帶給物理實驗教學的新活力——以“力的分解”為例

劉 玲

（復旦大學附屬中學，上海200433）

摘 要：以“力的分解”為例，在信息技術的支持下，將該課程設計為翻轉課堂，學生利用教師制作的力的分解的網頁提前預習，學習和掌握力的分解的概念、方法及典型的實例，課程采用小組合作的形式，把學生分為6組，每組學生準備相關實驗實例在課堂上交流討論，通過此過程讓學生在學習過程中成為學習的主體，增強學生的科學探究能力、合作與交流能力.

關鍵詞：翻轉課堂；力的分解；受力分析

1 翻轉課堂的有關概念

翻轉課堂作為一種新興的教學模式，在信息技術的支持下實現了知識傳授和知識內化過程的顛倒安排，使學生成為學習過程的主體，讓學生自己掌握學習的進度和速度，改變了教師壟斷整體課堂信息源而學生處于被動地位的局面，使學生的主動性、創造性得以充分發揮.讓學生“先學”，讓學生自主地、有個性地學習，教師在已有知識鋪墊的情況下“后教”，學生更能在最近發展區完成學習任務，學習更有針對性，“后教”能加深學生對知識認識的深度和實踐的廣度.

翻轉課堂有4個教學環節，即課前知識吸收、課中知識內化、知識鞏固和知識應用環節.知識吸收環節就是課前學生提前學習知識點的基本內容、相關自然現象與實驗.知識內化、鞏固和應用環節就是在課堂交流中，教師組織學生討論問題.這里還要注意的是，吸收知識的同時，必然有與學生認知相沖突的、暫時不能同化順應的知識點，那么，課中知識內化環節、鞏固環節和應用環節起到至關重要的作用.

翻轉課堂采用小實驗課題驅動式的教學方法，可以避免傳統物理教學只是教師教授的弊端，發揮學生的創造性和創新精神，使物理實驗教學能夠重現科學探究過程.

2 小組合作學習

把學生按“組內異質、組間同質”的原則，根據性別比例、興趣傾向、學習水準、交往技能、守紀情況等合理搭配，分成學習小組，每組6人，按六邊形桌子圍坐，以便啟發引導后，學生面對面地進行小組討論.小組人員分工及分工標準：根據每個人的特長不同進行不同的分工.善于組織活動的學生為組長；善于記錄的學生為記錄員；善于表達的學生為中心發言人.為了讓每一名學生都得到鍛煉，定期輪換主發言人，每人都有發言的機會，在主發言人表達之后，如有遺漏，中心發言人可以補充.

在小組合作學習中，教師是全班小組合作學習的組織者和掌控者，是組內研討的參與者，是小組研討的引導者.

3 驅動式的實驗

知識點中矛盾的揭露和解決必須成為學生活動的中心，教師適時指導學生逐步學會發現問題，從中悟出知識體系的規律，并通過實驗，觀察、分析和解決問題.教師組織教學的過程就是使教學更符合學生獲得知識和提高能力的過程，以自主合作學習的形式促使學生思考和解決問題.翻轉課堂的課前課中都以實驗為線索，以實驗為驅動，學生課前觀看實驗的視頻，并自主設計實驗來解決新舊知識的矛盾，通過小組討論、動手操作和計算，逐步解決問題.

4 “力的分解”的教學過程

以“力的分解”為例，說明翻轉課堂和合作性學習是如何帶給物理課堂新的活力的.

4.1 制作網頁、自主學習

物理教師提前制作“力的分解”一節的網頁，主要內容為：力的分解的概念、方法和典型實例，并用力的分解來解釋生活中的一些常見的現象.每個小組準備1個力的分解的實驗實例在課堂上交流討論，學生利用網頁提前學習相關知識點，以小組為單位將準備的實例形成文檔，并上傳.

4.2 確定問題，設計教學

教師上課前分析學生上傳的文檔，針對學生的問題和薄弱點設計相應的教學流程，引導學生在課堂上共同解決問題

4.3 交流合作、解決問題

首先，教師組織學生分為6個小組發言.學生匯報自己小組的實例，拋出學習中遇到的問題，并通過生生合作、師生合作共同解決.

1）第1小組準備的實驗是斜面上物體所受重力的分解.小車靜止在斜面上，斜面上有1個與斜面垂直的擋板.對于小車受到的重力的分解問題，在傳統的教授教學中，教師會告訴學生，小車對斜面有垂直斜面向下壓的作用，對擋板有垂直擋板向下壓的作用，因此可以把重力沿垂直斜面和垂直擋板的方向進行分解.但是，傳統的演示實驗中，斜面和擋板的形變是微小形變，學生很難觀察到明顯的形變.

在翻轉教學中，學生自學了該知識點，創造性地用簡單的實驗器材證明了小車重力的這2個作用.他們用比較軟的木板模擬斜面和豎直擋板（如圖1所示），在實驗過程中，學生可以清楚地觀察到軟木板的形變.

教師的工作就是在學生充分發言的基礎上，對他們的答案進行概括、升華，讓學生發現新舊知識的矛盾并加以解決.在這個例子中，已經確定了重力的2個分力的方向，如圖2所示，重力G分解為垂直擋板向下的分力Gx和垂直斜面向下的分力Gy，接著，教師引導學生求出2個分力的大小.過O點以重力G為對角線，以垂直于斜面向下和垂直于擋板向下為2個分力的方向，作平行四邊形，平行四邊形的兩條鄰邊即為2個分力Gx和Gy.由數學知識可得：Gx＝Gsinα，Gy＝Gcosα.

圖1 用軟木板作斜面和擋板

圖2 對斜面上的小球的受力分析

圖3 千斤頂

2）第2小組準備的實驗是模擬汽車千斤頂實驗.當汽車需要換輪胎時，司機將千斤頂（如圖3所示）放在車身底盤與地面之間，只需搖動手柄使螺桿OA轉動，OA距離會漸漸減小，OC距離就會增大，將汽車車身緩緩頂升.課本中也提到用圓規來體驗千斤頂如圖4所示.用食指、拇指捏住圓規的一個針腳，另一個有鉛筆芯的腳支撐在手掌中心，使OA水平，相當于千斤頂的螺桿，然后在圓規頂部掛上一些不太重的物品，如鑰匙等.鑰匙對圓規的拉力F（≥G），可分解為沿OB方向的壓力FB和沿AO方向的拉力FA.但是，由于圓規的2只針腳是金屬制成的，在實驗中并不能明顯地觀察到對OA的拉力和對OB的壓力.

這組學生準備的實驗器材：1個豎直的由輕的竹竿制成的支架OAB（如圖5所示）.這組學生在輕桿OA的A端系有一截橡皮筋，可以通過觀察橡皮筋的形變來確定對OA的拉力.挖空了輕桿OB和豎直支架的接觸點，即B處，在該處安裝了橡皮膜，可以通過橡皮膜的形變來確定對OB的壓力.然后在O處掛上重物G，可以明顯地看見A處的橡皮筋被拉長，B處的橡皮薄膜被頂出.所以，重力對OA桿有拉的作用，而對OB桿，有壓的作用.

圖4 用圓規體驗千斤頂

圖5 模擬千斤頂實驗裝置

這組學生介紹完他們的實驗后，教師及時地引導學生進行總結.如圖6所示，重物對支架的拉力F（大小等于G）可分解為沿AO方向的拉力FA和沿OB方向的壓力FB，過O點以拉力F為對角線，以AO和OB為2個分力的方向，作平行四邊形，平行四邊形的2條鄰邊即為2個分力FA和FB.由數學知識得：FA＝Gtanα，FB＝G／sinα.

圖6 模擬千斤頂的受力分析

3）第3小組準備的實驗是模擬繩子拉貨車的例子.1輛貨車陷入路邊泥洼中，依靠自身動力無法脫.司機可用鋼索將汽車與路邊樹樁連接拉緊，再在中央系1根繩，橫向一拉，車就向前移動一些，再將鋼索收緊再拉，如此反復，貨車居然被1～2個人拉出了泥洼.但是，學生在實際生活中，找1輛卡車進行體驗，不是特別方便.

該組學生設計了如圖7所示的實驗裝置.用1輛玩具消防車模擬卡車，1個重砝碼模擬樹樁，從實驗中，可以清楚地看見：有沿AO方向的拉力和沿BO方向的拉力.同時還采用了彈簧秤來橫向拉繩子，這樣，橫向的拉力可以直接從彈簧秤上讀出.

圖7 模擬繩子拉貨車

4）第4小組準備的實驗是1根細線能承受多大的拉力.教材的練習冊上也提到了這個小實驗：測1根細線（或頭發）能承受多大的力，在1根長度已知的細線的中央懸掛著重力已知的重物，然后沿著尺將雙手慢慢分開，觀察分開到什么距離時線斷了，由此就可以計算細線能承受的最大拉力.但這組學生設計了更加直觀的實驗.在細線下掛了1個已知重量的砝碼，在細線的兩端上分別連接2個彈簧秤，這樣細線上承受的拉力可直接從彈簧秤上讀出.當2根細線之間的夾角改變時，彈簧秤的讀數也隨之改變.

圖8 繩子拉貨車的受力分析

圖9 刀劈物體的受力分析

在這個例子中，由于對兩個側面是壓力，學生沒有想出直觀測壓力的實驗器材，學生課堂上也表示，他們會繼續研究這個問題，像彈簧秤能直觀測出拉力一樣，他們也想直觀地顯示刀刃對2個側面的壓力.教師和其他組的學生也對他們的想法給予了鼓勵和支持，希望他們早日研究出直觀的實驗器材.

6）第6組準備的實驗是壓榨機.某榨汁機的結構如圖10所示，其中B為固定鉸鏈，C為質量可忽略不計的滑塊，通過滑輪可沿光滑壁移動，D為被壓榨的物體.當在鉸鏈A處作用一垂直于壁的較小壓力F時，物體D受到較大的壓力.這組學生在網上購買了壓榨機，直觀地演示了壓榨機原理.

圖10 壓榨機

教師引導學生對這個例子進行進一步的討論.力F的作用效果是對AB和AC兩桿產生沿兩桿方向的壓力，將F沿AB和AC方向進行分解，得到2個分力F1和F2.力F1的作用效果是對C產生水平向左的推力和豎直向下的壓力，將力F1沿水平方向和豎直方向分解，得到2個分力Fx和Fy.

圖11 壓榨機受力分析

5 啟 示

1）先學后教，促進學生在最近發展區完成學習任務.

本節課中，學生學習積極性高，在內化知識的基礎上完成了知識鞏固應用部分，這與翻轉課堂的先學后教有很大關系.

再者，物理知識體系龐大且邏輯性強，這些特點導致很多學生反映物理難學，究其原因就是沒有做好學習物理的準備，沒有跟上教師的思路并及時鞏固應用.翻轉課堂先學后教的教學方法為教師突破教學難點提供了解決方法，學生通過豐富多彩的網頁視頻，自主且富有趣味性地提前學習知識點，帶著問題進入課堂，在教師的指導下高效地探究物理問題.

2）實驗驅動式.翻轉課堂的課前課中都以實驗為線索，以自主合作學習的形式促使學生思考、解決問題.學生課前觀看實驗的視頻，并自主設計實驗來解決新舊知識的矛盾，通過小組討論、動手操作和動手計算，逐步解決問題.

3）培養了學生善于聽取別人的意見的好品質，促進學生的社會性發展和健康個性的養成.要想適應社會，能與別人密切交往，其中重要的一點就是對他人能熱心幫助，真誠相待.通過小組合作學習，使學生感到要想使自己在學習上有所收獲，必須做到小組之間的每一個成員相互幫助，相互取長補短，虛心聽取別人的意見，從而培養了小組成員善于傾聽別人的意見，幫助本組成員共同提高的好品質，成為他們在適應社會中所必備的條件.

參考文獻：

［1］ 洪進步，于海波.翻轉模式下的物理課堂轉型：再論科學探究——以阿基米德原理為例［J］.中學物理教學參考，2015（12）：10－14.

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［4］ 祁國良，曲勝艷，譚曉春，等.物理演示實驗改進之管見［J］.物理實驗，2015，35（7）：19－22.

Flipped classroom and cooperative learning groups bring new vitality in physics experiment teaching：A case study of“force decomposition”

LIU Ling
（High School Affiliated to Fudan University，Shanghai 200433，China）

Abstract：With the aid of information technology，the curriculum of force decomposition was redesigned for flipped classroom.Students should preview the webpage about force decomposition and grasp the concept，the method and the typical examples.The students were divided into six groups，and each group prepared a relevant experiment case to discuss in the course.This learning mode made students become the main body in learning process，and enhanced the scientific inquiry ability，cooperation ability and communication skills of students.

Key words：flipped classroom；force decomposition；force analysis

作者簡介：劉 玲（1977－），女，四川成都人，復旦大學附屬中學一級教師，碩士，主要從事中學物理教學工作.

收稿日期：2016－01－11

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1005－4642（2016）03－0037－05

［責任編輯：尹冬梅］